3.4. Расчет усилителя
Широкополосный усилитель выполнен на операционных усилителях и обеспечивает усиление сигнала до значения, достаточного для полного отклонения измерительного прибора РА1, на наименьшем пределе измерения.
Рис. 3.4 – Усилитель
Усилитель состоит из трех одинаковых каскадов, выполненных на ОУ К140УД26А. Коэффициент усиления выбирается исходя из максимального значения величины выходного напряжения и величины тока максимального отклонения стрелки измерительного механизма.
В
качестве измерительного механизма РА
выбран магнитоэлектрический микроамперметр
типа М2027-2 класса точности 1% с током
полного отклонения
и внутренним сопротивлением
.
Для
уменьшения влияния температуры
последовательно с ним ставится добавочное
сопротивление, номинал которого в 5..10
раз больше внутреннего сопротивления.
Зададимся
[кОМ]
Для полного отклонения стрелки РА необходимо приложить напряжение, вычисляемое по следующей формуле:
[B]
(3.4.1)
Минимальное напряжение, поступающее на вход усилителя равно 1мВ, тогда общий коэффициент усиления К=1,8/10-3=1800. Принимаем коэффициент усиления первого каскада К1=10, второго К2=10 и третьего каскада К3=18.
Исходя
из того, что у нас
,
найдем
отсюда
Сопротивление
резистора
вычисляется
по формуле:
=
.
[кОм]
(3.4.2)
Примем
Рассчитаем номиналы резисторов для оставшихся двух каскадов:
[кОм]
(3.4.3)
Ёмкость
разделительного конденсатора
определяется
по формуле:
[мкФ]
(3.4.4)
[мкФ]
(3.4.5)
[нФ]
(3.4.6)
Где
-
нижняя граница частотного диапазона
сигнала,
-входное
сопротивление аттенюатора,
-входное
сопротивление усилителя,
-коэффициент
искажений.
Ближайшие номиналы резисторов и конденсаторов из ряда Е192:
R21,
R25,
R29:МЛТ-0,125-10
кОм
R23:МЛТ-0,125-100 кОм
R22:МЛТ-0,125-10 кОм
R27:МЛТ-0,125-100 кОм
R32:МЛТ-0,125-180 кОм
R30,R26:МЛТ-0,125-10 кОм
R24,R28,R31:СП3-39В-0,05-10кОм
C7:К71-6-300В-1мкФ
С8: К10-50В-1,8мкФ
С9: К10-50В-1,8мкФ
3.4Расчет преобразователя средневыпрямленных значений (псз)
В ЭВ для измерения напряжения синусоидальной формы используются пассивные формы ПСЗ, которые включаются в цепь ООС усилителя, что позволяет значительно уменьшить влияние нелинейности и нестабильности характеристик диодов на работу схемы, стабилизировать коэффициенты передачи схемы и линеаризовать её амплитудную характеристику.
Схема пассивного ПСЗ, выполненного по двухполупериодной мостовой схеме, включенной в цепь ООС операционного усилителя представлена на рисунке 3.5.1
Рис. 3.5.1 ПСЗ
В качестве измерительного механизма РА выбран магнитоэлектрический микроамперметр типа М2027-2 класса точности 1% с током полного отклонения и внутренним сопротивлением .
Для уменьшения влияния температуры последовательно с ним ставится добавочное сопротивление, номинал которого в 5..10 раз больше внутреннего сопротивления. Зададимся [кОМ]
У
микросхемы ОУ амплитуда выходного
напряжения UвыхОУ
при минимальном сопротивлении нагрузки
не превышает 10-12 В. Следовательно IвыхОУ
составляет
при этом 5-6 мА и выбираем диоды ток
которых Iпр
не превышает этих значений.
(3.5.1)
Поскольку усилитель ЭВ должен работать в полосе частот от 20 Гц до
10 МГц выбираем микросхему К574УД3 её характеристики Rн=10 кОм, UвыхОУ=10 В, f1=15 МГц, Iвых=5 мА. Примем IвыхОУ= Iпр=1 мА. Выбираем диод Д311. По вольт амперной характеристики диода при Iпр=1 мА находим Uпр=0,05 В, Rпр=50 Ом
[мкФ]
(3.5.2)
[мкФ]
(3.5.3)
Эквивалентна схема детекторной цепи на рисунке 3.5.2
Рис. 3.5.2
Измеряемый ток любой формы вызывает отклонение подвижной части магнитоэлектрического измерительного прибора, пропорциональное средневыпрямленному значению тока.
[мкА]
(3.5.4)
Для данной схемы R37=R40
(3.5.5)
Откуда R37=R40=4,12кОм
Для уменьшения шунтирующего действия входного сопротивления ОУ на аттенюатор примем R33=18 кОм
С учетом известного минимального предела измерения вольтметра Uн=Uвх найдем входной ток ОУ DA5 Iвх=Iос, Uн=1,8 В, R33=18 кОм тогда
[А]
(3.5.6)
,
(3.5.7)
Пусть R35=100 кОм из формул 3.5.4 находим R41=100 Ом
R33: С5-35В-18 кОм ± 5%;
R34: МЛТ-0,125-10 кОм ± 10%
R35 C2-14-0,25-22-100 кОм ± 0,5%
R36: МЛТ-0,125-100 кОм ± 10%
R37, R40: С5-36В- 4,2 кОм ± 5%
R38: МЛТ-0,125-10 кОм ± 10%
R39: МЛТ-0,125-5 кОм ± 10%
R41: Р5-101- 100 Ом ± 5%
VD3, VD4: Д311 0,05 B
С10: К10-50В-100нФ ± 10%
С11: К22-5- 2 мкФ ± 10%